KR20170137723A - 외관 검사 장치 - Google Patents

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KR20170137723A
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타카유키 사토
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가부시키가이샤 브이 테크놀로지
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Abstract

포토 마스크의 검사 시간을 단축하는 기술을 제공한다. 외관 검사 장치에 있어서, 투과 조명 광원은 포토 마스크를 투과시키는 광을 조사한다. 반사 조명 광원은 포토 마스크에 반사시키는 빛을 투과 조명 광원의 조사 중에 조사한다. 대물렌즈는 포토 마스크를 투과한 투과광 및 포토 마스크에서 반사된 반사광을 평행광으로 변환한다. 분광부는 대물렌즈가 변환한 평행광을 투과광과 반사광으로 분리한다. 투명광용 결상렌즈는 분광부가 분리한 투과광을 결상한다. 반사광용 결상렌즈는 분광부가 분리한 반사광을 결상한다. 촬상부는 투명광용 결상렌즈가 결상한 투과광과 반사광용 결상렌즈가 결상한 반사광을 촬상한다.

Description

외관 검사 장치{APPEARANCE INSPECTION DEVICE}
본 발명은 외관 검사 장치에 관한 것으로, 특히 LCD와 유기 EL 등 평판 디스플레이의 제조 공정에서 사용되는 중대형 포토 마스크를 검사하는 외관 검사 장치에 관한 것이다
디스플레이의 고해상도 화에 따라 그 원판이 되는 중대형 포토 마스크에 대한 검사 정도의 요구는 높아지고 있다.　이 포토 마스크의 결함을 검사하기 위한 기술도　여러 가지　제안되어 있다.
[선행 기술 문헌]
[특허 문헌]
　[특허 문헌　1]　특개평　8　- 137093 호 공보
특허 문헌 1에 개시된 바와 같이, 포토 마스크의 결함을 검사하기 위해서는 포토 마스크에 빛을 투과시키는 투과계 검사 및 포토 마스크에 빛을 반사시키는 반사계 검사 등이 효과적이다.　그러나 투과계 검사 및 반사계 검사는　별도로 촬상 공정이 필요하기 때문에 검사에 시간이 걸리거나 여러 촬상 장치가 필요하다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 포토 마스크의 검사 시간을 단축하는 기술을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 한 양태의 외관 검사 장치는 포토 마스크를 투과시키는 광을 조사하는 투과 조명 광원과, 포토 마스크에 반사시키는 빛을 투과 조명 광원의 조사 중에 조사하는 반사 조명 광원과, 포토 마스크를 투과한 투과광 및 포토 마스크에서 반사된 반사광을 평행광으로 변환하는 대물렌즈와, 대물렌즈가 변환한 평행광을 투과광과 반사광으로 분리하는 분광부와, 분광부가 분리한 투과광을 결상하는 투과광용 결상렌즈와, 분광부가 분리한 반사광을 결상하는 반사광용 결상렌즈와, 투과광용 결상렌즈가 결상한 투과광과 반사광용 결상렌즈가 결상한 반사광을 촬상하는 촬상부를 구비한다.
촬상부는 투과광용 결상렌즈가 결상한 투과광과 반사광용 결상렌즈가 결상한 반사광을 각각 동일한 촬상 소자의 다른 영역으로 촬상시키고 있다.
투과광용 결상렌즈가 결상한 투과광과 반사광용 결상렌즈가 결상한 반사광의 크로스토크를　억제하는 차광 부재를 더 구비할 수 있다.
대물렌즈는 배율이 다른 복수의 렌즈를 가질 수 있다.　외관 검사 장치는 복수의 렌즈를 전환하는 대물렌즈 전환부를 더 구비할 수 있다.　투과광용 결상렌즈와 반사광용 결상렌즈는 각각 대물렌즈 전환부에 의한 렌즈의 전환과 연동하여 초점 위치를 조정하는 초점 조절 기능을 갖추고 있다.
반사광용 결상렌즈와 투과광용 결상렌즈는 각 렌즈 전환부에 의한 전환과 연동하여 색 배율을 조정하는 색 배율 조정 기능을 갖추고 있다.
　대물렌즈와 반사광용 결상렌즈로 구성된 광학계의 광학 특성과 대물렌즈와 투과 빛에　결상렌즈로 구성된　광학계의　광학　특성은,　통과하는 빛의 파장　λ를　제1 축, 초점위치 시프트 s를 제2 축으로 하는 그래프에서, 투과광의 파장을　λg, 반사광의 파장　λe, d를 미분 연산자, T를 소정의 임계값으로,　(ds/dλ)λg<T와　(ds/dλ)λe<T가　성립될 수 있다.
본 발명에 의하면 포토 마스크의 검사 시간을 단축하는 기술을 제공할 수 있다.
[도 1] 실시예에 따른 외관 검사 장치의 내부 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
[도 2] 도 2 (a) -　(b)는　실시예에 따른 외관 검사 장치가 촬영한 포토 마스크의 화상을 모식적으로 나타낸 도면이다.
[도 3] 실시예에 따른 외관 검사 장치가 촬영한 화상에서 포토 마스크의 결함의 외관을 표 형식으로 나타내는 도면이다.
[도 4] 실시예에 따른 결상렌즈의 내부 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
[도 5] 실시예에 따른 대물렌즈와 결상렌즈를 결합한 계의 광학 특성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
[도 6] 실시예에 따른 대물렌즈의 종류와 각 렌즈의 초점거리 및 배율을 표 형식으로 나타내는 도면이다.
[도 7] 실시예의 제1 변형예에 따른 외관 검사 장치의 내부 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.
[도 8] 제2 변형예에 따른 분광부의 단면을 모식적으로 나타낸 도면이다.
[도 9] 제3 변형예에 따른 결상렌즈의 광학 특성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 외관 검사 장치의 개요를 설명한다.　실시예에 따른 외관 검사 장치는 LCD와 유기 EL 등 평판 디스플레이의 제조 공정에서 사용되는 포토 마스크의 결함 검사, 특히 중대형 포토 마스크의 검사에 적합하게 사용된다.　실시예에 따른 외관 검사 장치는 포토 마스크를 투과시키기 위한 투과광 및 포토 마스크에서 반사시키기 위한 반사광을 포토 마스크에 동시에 사출하고, 포토 마스크의 투과광과 반사광을 동일한 촬상 소자의 다른 영역에서 동시에 촬상한다.　따라서, 포토 마스크의 투과광은 촬상하기 어려운 결함이나 포토 마스크의 투과광을 촬영한 화상에서는 결함 여부를 판별하기 어려운 결함을 반사광을 촬영한 화상에서 검사하기가 용이해진다.　특히 실시예에 따른 외관 검사 장치는 한번의 촬상에서 포토 마스크의 투과광과 반사광을 화상화할 수 있으므로, 포토 마스크의 외관 검사의 신속화에 이바지한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 외관 검사 장치 (100)의 내부 구성을 개략적으로 나타낸 도면이며,　특히 이미징 헤드부의 광학계를 나타내는 모식도이다.　실시예에 따른 외관 검사 장치 (100)는 투과 조명 광원 (10), 반사 조명 광원 (12), 포토 마스크 (14), 제1 대물렌즈 (16a), 제2 대물렌즈 (16b), 대물렌즈 전환부 (18), 분광부 (20), 투과광용 결상렌즈 (26a), 반사광용 결상렌즈 (26b), 촬상부 (28), 반사 조명 시야 조리개 (30), 콜리메이터 렌즈 (32), 차광 부재 (34), 1/4 파장판 (36) 및 광학 부재 (38)를 구비한다.　분광부 (20)는 제1 다이크로익 미러　(22a), 제2 다이크로익 미러　(22b) 및 반사부 (24)를 구비한다.
자세한 내용은 후술하지만, 제1 대물렌즈 (16a) 및 제2 대물렌즈 (16b)는 배율만 다를 뿐으로 동일한 기능을 갖는다.　따라서 이하 본 명세서에서 제1 대물렌즈 (16a) 및 제2 대물렌즈 (16b)는 특히 구별하는 경우를 제외하고 단순히　"대물렌즈　(16)"으로　총칭한다.
투과 조명 광원 (10)은 포토 마스크 (14)를 투과시키기 위한 광을 조사한다.　투과 조명 광원 (10)은, 예를 들어 파장이 435.84 [nm]의 빛인, 이른바 g선을 조사한다.　투과 조명 광원 (10)은, 예를 들면 알려진 수은 램프 광원으로부터 얻어지는 광속을 파장 분리함으로써 실현할 수 있다.　이하 본 명세서에서 투과 조명 광원 (10)이 조사되는 빛을 단순히　"g선"이라고　기재할 수 있다.　따라서, 본 명세서에서, 포토 마스크를 투과한 투과광은 g선이다.
반사 조명 광원 (12)은 포토 마스크 (14)에 보관된 포토 마스크에 반사시키기 위한 광을 조사한다.　반사 조명 광원 (12)은, 예를 들어 파장이 546.07 [nm]의 빛인, 이른바 e선을 조사한다.　반사 조명 광원 (12)도 투과 조명 광원 (10)과 마찬가지로, 예를 들면 알려진 수은 램프 광원으로부터 얻어지는 광속을 파장 분리함으로써 실현할 수 있다.　이하 본 명세서에서 반사 조명 광원 (12)이 조사되는 빛을 단순히　"e선"이라고　기재할 수 있다.　따라서, 본 명세서에서 포토 마스크에서 반사된 반사광은 e선이 된다.
또한, 반사 조명 광원 (12)은 투과 조명 광원 (10) g선을 조사 중에 e선을 조사한다.　즉, 투과 조명 광원 (10)과 반사 조명 광원 (12)은 각각 g선과 e선을 동시에 조사한다.
대물렌즈 (16)는 투과 조명 광원 (10)의 광축상에서 포토 마스크 (14)를 사이에 두고 투과 조명 광원 (10)과 대향하는 위치에 배치된다.　대물렌즈 (16)는 포토 마스크를 투과한 g선을 평행광으로 변환한다.　즉, 대물렌즈 (16)는 무한원 보정 광학계를 구성하는 렌즈이다.
대물렌즈 16도 반사 조명 광원 (12)의 광축상에서 포토 마스크 (14)와 반사 조명 광원 (12) 사이에 배치된다.　반사 조명 광원 (12)에서 조사된 e선은 반사 조명 시야 조리개 (30) 및 콜리메이터 렌즈 (32)를 통과하여 평행광으로 변환되어 제1 다이크로익 미러　(22a)에 입사한다.　제1 다이크로익 미러　(22a) 중 e선이 입사면에 반대쪽 면에는 광학 부재 (38)가 배치되어 있다.　또한 제1 다이크로익 미러　(22a)는 대물렌즈를 끼고 포토 마스크 (14)의 반대편에 배치되어 있다.　따라서 제1 다이크로익 미러　(22a) 및 광학 부재 (38)를 투과한 e선은 대물렌즈 (16)에 입사한다.
광학 부재 (38)는 편광 빔 스플리터와 다이크로익 필터의 기능을 결합한 막이다.　보다 구체적으로는, 광학 부재 (38)는 반사 조명 광원 (12)에서 조사된 e선 중 S 편광 성분을 100 % 반사하고 P 편광 성분을 100 % 투과하는 편광 빔 스플리터로서 기능한다.　또한, 광학 부재 (38)는 g선을 100 % 반사하는 다이크로익 필터로 기능한다.　제1 다이크로익 미러　(22a)에 입사한 e선은 광학 부재 (38)의 작용에 의해 전체 광량의 50%인 P 편광 성분만을 투과하게 된다.　제1 다이크로익 미러　(22a) 및 광학 부재 (38)를 결합하면, 특정 파장에서 편광 빔 스플리터 특성을 같이 구비한 다이크로익 미러가 된다.
도 1에서 보는 바와 같이, 실시예에 따른 외관 검사 장치 (100)는 제1 다이크로익 미러　(22a)와 대물렌즈 (16) 사이에 1/4　파장판 (36)이 배치되어 있다.　따라서 제1 다이크로익 미러　(22a) 및 광학 부재 (38)를 투과한 e선 (P 편광)은 1/4　파장판 (36)을 통과하여 원형 편광으로 변환된다.
1/4　파장판 (36)을 투과한 e선 (원형 편광)은 대물렌즈 (16)를 통과하여 포토 마스크 (14)가 유지되는 포토 마스크 14에서 반사되어 다시 대물렌즈 16로 돌아온다.　포토 마스크 14에서 반사된 e선 (원형 편광)은 대물렌즈 (16)에서 평행광이 되고, 1/4　파장판 (36)을 통과하여 직선 편광 (S 편광)으로 변환된다.　이 e선 (S 편광)은 편광 빔 스플리터로서의 기능을 갖춘 광학 부재 (38)에서 100% 반사된다.
여기서, 투과 조명 광원 (10)에 조사된 포토 마스크 (14)를 투과하여 대물렌즈 16에 의해 평행광으로 변환된 g선은 P 편광 성분과 S 편광 성분의 두 성분을 가진 빛이다.　그러나 광학 부재 (38)는 다이크로익 필터로서의 기능도 구비하기 때문에 g선을 100 % 반사한다.
상술한 바와 같이, 투과 조명 광원 (10)과 반사 조명 광원 (12)은 각각 g선과 e선을 동시에 조사하기 때문에, 대물렌즈 (16)를 투과한 빛은 g선 및 e선이 섞인 빛이 되고 있다.　따라서 대물렌즈 (16)를 투과하고 광학 부재 (38)에서 반사된 빛도 g선과 e선이 섞여 있다.
제2 다이크로익 미러　(22b)는 광학 부재 (38)에서 100 % 반사된 빛의 광축 상에 배치되어 있다.　제2 다이크로익 미러　(22b)는 g선을 100% 반사, e선을 100% 투과한다.　따라서 대물렌즈 (16)를 투과하고 광학 부재 (38)에서 반사된 빛은 제2 다이크로익　미러　(22b)에서, 투과광인 g선과 반사광인 e선으로 분리된다.　즉, 제2 다이크로익 미러　(22b)는 대물렌즈 (16)가 변환한 평행광을 투과광과 반사광으로 분리한다.
반사부 (24)는 제2 다이크로익 미러　(22b)를 투과한 e선 광축 상에 배치되어 있다.　반사부 (24)는 예를 들어 통상의　미러이며,　제2 다이크로익 미러　(22b)를 투과한 e선을 100% 반사한다.
투과광용 결상렌즈 (26a)는 제2 다이크로익 미러　(22b)에서 반사된 g선 광축 상에 배치된다.　투과광용 결상렌즈 (26a)는 제2 다이크로익 미러　(22b)가 분리한 평행광인 g선을 집광하여 촬상부 (28)가 구비한 촬상 소자에 포토 마스크 (14)의 투과광을 결상시킨다.　또한 반사광용 결상렌즈 (26b)는 반사부 (24)에서 반사된 e선 광축 상에 배치된다.　반사광용 결상렌즈 (26b)는 제2 다이크로익 미러　(22b)가 분리한 평행광인 e선을 집광하여 촬상부 (28)가 구비한 촬상 소자에 포토 마스크 (14)의 반사광을 결상시킨다.　자세한 내용은 후술하지만, 투과광용 결상렌즈 (26a) 및 반사광용 결상렌즈 (26b)는 모두 같은 렌즈 구성이며, 초점 위치 조정 및 색 배율 조정이 가능하다.　이하 본 명세서에서 투과광용 결상렌즈 (26a) 및 반사광용 결상렌즈 (26b)는 특히 구별하지 않는 경우는 단순히　"결상렌즈　(26)"로　총칭한다.
촬상부 (28)는 투과광용 결상렌즈 (26a)가 결상한 투과광과 반사광용 결상렌즈 (26b)가 결상한 반사광을 촬상한다.　이와 같이, 실시예에 따른 외관 검사 장치 (100)는 포토 마스크 (14)의 투과광과 반사광을 동시에 촬상할 수 있다.　따라서, 포토 마스크 14의 결함 검사에 소요되는 시간을 단축할 수 있다.
도 2 (a) -　(b)는　실시예에 따른 외관 검사 장치 (100)가 촬영한 포토 마스크 (14)의 화상을 모식적으로 나타낸 도면이다.　보다 구체적으로, 도 2 (a)는 포토 마스크 (14)의 투과 화상을 나타내는 모식도이고, 도 2 (b)는 포토 마스크 (14)의 반사 화상을 나타내는 모식도이다.
도 2　(a)　- (b)에 나타내는 화상은 유리 기판 (200) 위에 형성된 크롬 패턴　(202)을 예시하고 있다.　또한 도 2　(a)　- (b)에서 사선으로 나타내는 영역은 소위 하프톤 마스크 (204)를 나타내는 영역이다.
포토 마스크 14 상의 결함에는　여러 가지　종류가 존재하지만 대표적인 결함으로　"크롬　결함", "핀 홀", "이물" 및 "워터마크'에　대해 설명한다.
　"크롬　결함"은　본래 있어야 하지 않는 곳에 크롬이 부착되어 있는 상태를 나타낸다.　따라서 크롬 결함은 유리 기판 (200) 위에 또는 하프톤 위에　발생하는 결함이다.　도 2　(a)　- (b)에서 부호 (206a)로 나타내는 영역은 유리 위의 크롬 결함이며, 부호 (206b)로 표시된 영역은 하프톤 위의　크롬 결함이다.　크롬은 금속이기 때문에 빛을 반사하는 한편, 빛의 투과를 방해한다.　따라서 도 2 (a)와 같이 크롬 결함은 투과 화상에서 검게 촬상된다.　반대로, 도 2 (b)와 같이 크롬 결함은 반사 화상에서 백색 촬상된다.
　"핀 홀'은　크롬이나 하프톤이　미소 영역에서 누락된 상태를 나타낸다.　본래 있어야 할 자리에 크롬과 하프톤이　존재하지 않고 작은 구멍이 있는 상태가 핀 홀의　결함이다.　도 2 (a) -　(b)에서　부호 (206c)에 나타내는 영역은 크롬에 생긴 핀 홀이며,　부호 (206d)에 표시된 영역은 하프톤에　생긴 핀 홀이다.　핀 홀은　빛을 투과하기 때문에 핀 홀에서　빛이 반사되는 k는 없다.　따라서 도 2 (a)와 같이 핀 홀은 투과 화상에서 백색 촬상된다.　반대로, 도 2 (b)에 나타낸 바와 같이 핀 홀은 반사 화상에서 검게 촬상된다.
　"이물"은　포토 마스크 (14)의 구성 재료인 유리, 크롬, 또는 하프톤　이외의 물질이며, 예를 들어 포토 마스크 (14)에 부착된 미세한 먼지 등이다.　도 2　(a)　- (b)에서 부호 (206e)로 나타내는 영역은 유리 위의 이물이다.　한편 도 2 (b)에서 부호 (206f)에 표시된 영역은 크롬 위의 이물이다.　이물은 빛을 산란하는 성질이 있다.　따라서 도 2 (a)와 같이 유리 위의 이물은 투과 화상에서 검게 촬상된다.　또한 도 2 (b)에 나타낸 바와 같이 유리 위의 이물은 반사 화상에서도 검게 촬상된다.　또한 크롬은 빛을 차단하기 때문에 크롬 위의 이물은 투과 화상에는 촬상되지 않는다.　한편 도 2 (b)와 같이 크롬 위의 이물은 반사 화상에서 검게 촬상된다.
　"워터마크"는,　포토 마스크 (14)의 세척에 사용된 액체가 건조할 때 액체에 용해하고 있던　무기물 또는　유기물이 포토 마스크 (14) 상에 퇴적된 상태를 나타낸다.　워터마크는　유리, 크롬 및 하프톤 위의　어느 것에도 존재하고 있다.　한편, 세척에 사용된 액체는 포토 마스크 14 상의 좁은 영역, 예를 들어 하프톤 위에　응집하는 경우가 많고, 결과적으로 워터마크는　하프톤　및 일부 크롬 위에는 분출되어 있는 경우가 많다.
크롬 위에 있는 워터마크는　이물과 마찬가지로 투과 화상에는 촬상되지 않고 반사 화상에만 찍힌다.　또한　하프톤 위의 워터마크는　반사 화상에서도 관찰하기 어려운 경우가 있다.　한편, 크롬 위의 워터마크는　반사 화상에서 검게 촬상된다.　따라서 크롬 위에 있는 워터마크를　관찰함으로써　오퍼레이터는 하프톤 위에　워터마크가　있는지를 추측할 수 있다.
도 3은 실시예에 따른 외관 검사 장치 (100)가 촬영한 화상에 있어서, 포토 마스크 14에서 결함의 외관을 표 형식으로 나타내는 도면이고, 도 2 (a) -　(b)를　참조하여 상술한 각 결함의 외관을 정리한 도면이다.　도 3에서 (흰색) 또는 (검정)은 각각 촬영 조건에 따라 흰색 또는 검은 색으로 촬영되는 것을 보여주고 있다.　따라서 촬영 조건을 변경하면 촬상되지 않거나, 촬상 되어도　오퍼레이터에게　시인되기 어려운 것이 되는 경우가 많다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 예를 들어 유리 위의 크롬 결함과 유리 위의 이물은 모두　투과 화상에서는 검게 촬상된다.　따라서 반사 화상을 관찰하는 것만으로는　오퍼레이터가　유리 위의 크롬 결함과 유리 위의 이물을 판별할 수 없다.　한편,　반사　화상에서는 유리 위의 크롬 결함은 백색 촬상되는 반면 유리 위의 이물은 검게 촬상된다.　따라서　반사 화상과 투과 화상을 비교함으로써　오퍼레이터는　유리 위의 크롬 결함과 유리 위의 이물을 판별할 수 있다.
또한, 예를 들어 크롬 위의 이물이나 크롬 위의 워터마크는　투과 화상에 촬상되지 않는다.　따라서　오퍼레이터는　투과 화상을 관찰하는 것만으로는 크롬 위의 이물이나 크롬 위의 워터마크를　시인하는 것조차 할 수 없다.　한편 크롬 위의 이물이나 크롬 위의 워터마크는　반사 화상에서 검게 촬상된다.　이 때문에　투과 화상·반사 화상에서의 자동 검사를 실시한 후　오퍼레이터는　반사 화상을 관찰함으로써, 크롬 위의 이물이나 크롬 위의 워터마크를　처음으로 시인할 수 있다.
실시예에 따른 외관 검사 장치 (100)는 반사 화상과 투과 화상을 동시에 촬상한다.　이 때문에 실시예에 따른 외관 검사 장치 (100)에 의하면, 재차 반사 화상을 촬상하는 수고를 생략하고 보다 정확한 결함 검사를 위한 화상 정보를 제공할 수 있다.
도 1의 설명으로 돌아간다.　촬상부 (28)는 예를 들어 기존의 TDI 센서　(Time　Delay Integration　센서)로 실현된다.　실시예에 따른 촬상부 (28)는 촬상 소자로 6k 화소 (6000 화소)의 TDI 센서를 갖추고 있다.　지금 TDI 센서의 1 화소의 크기를 10.4　[μm] 라고 하면, TDI 센서의 촬상 소자 자체의 크기는 10.4　[μm]　×　6000　=　62.4 [mm]가 된다.　촬상 소자의 전원 및 냉각 장치 등을 포함하면 촬상부 (28)의 폭, 즉 TDI 센서의 장축 방향의 길이는 90 [mm] 정도가 된다.
여기에서 투과광용 결상렌즈 (26a)가 결상한 투과광과 반사광용 결상렌즈 (26b)가 결상한 반사광을 각각 다른 TDI 센서로 촬상하는 형태도 생각할 수 있다.　만일, 투과광과 반사광을 각각 2k 화소 (2048 화소)의 TDI 센서를 갖춘 2 개의 촬상부에서 촬상하는 경우, 2 개의 촬상부를 TDI 센서의 장축 방향으로 나란히 배치할 필요가 있다.
2k 화소의 TDI 센서에서도 1 화소의 크기가 10.4　[μm]라고 하면 TDI 센서의 촬상 소자 자체의 크기는 10.4　[μm]　×　2048　=　21.3 [mm] 가 된다.　이 때문에 촬상 소자의 냉각기구 등을 포함하면 2k 센서를 구비하는 촬상부의 폭, 즉 TDI 센서의 장축 방향의 길이는 60 [mm] 정도가 된다.　결과적으로, 2 개의 촬상부를 TDI 센서의 장축 방향으로 나란히 배치하면 120 [mm] 정도의 공간을 필요로 하게 된다.
그래서 실시예에 따른 촬상부 (28)는 투과광용 결상렌즈 (26a)가 결상한 투과광과 반사광용 결상렌즈 (26b)가 결상한 반사광을 각각 동일한 촬상 소자의 다른 영역에서 촬상한다.　따라서 투과광과 반사광을 다른 촬상부에서 촬상하는 경우와 비교하여 촬상부 (28)를 배치하기 위한 공간을 줄일 수 있다.　결과적으로, 외관 검사 장치 (100)의 공간 절약화, 저전력화 및 경량화를 실현할 수 있다.
촬상부 (28)는 TDI 센서의 일단에서 2048 화소를 투과광용의 촬상 소자로 사용하고, 타단에서 2048 화소를 반사광용의 촬상 소자로 사용한다.　이렇게 투과광과 반사광을 동일한 촬상 소자의 다른 영역에서 촬상하는 경우 각 영역에서 촬상 대상으로 하지 않은 광선의 크로스토크가　발생할 가능성이 있다.　그래서 실시예에 따른 외관 검사 장치 (100)는 투과광용 결상렌즈 (26a)가 결상한 투과광과 반사광용 결상렌즈 (26b)가 결상한 반사광의 크로스토크를　억제하기 위한 차광 부재 (34)를 구비한다.
차광 부재 (34)는 촬상부 (28)가 구비한 TDI 센서의 중앙부에서, 투과광용 결상렌즈 (26a) 및 반사광용 결상렌즈 (26b)와 TDI 센서 사이에 배치된다.　차광 부재 (34)는 투과광용의 촬상 소자로 향하는 반사광을 차단하고 반사광용의 촬상 소자로 향하는　투과광을 반사하도록 배치된다. 결과적으로 촬상부 (28)가 구비한 TDI 센서 중앙에 배치된 2048 화소는 촬상에 기여할 수 없게 된다.　그러나 차광 부재 (34)를 배치함으로써 투과광용 결상렌즈 (26a)가 결상한 투과광과 반사광용 결상렌즈 (26b)가 결상한 반사광의 크로스토크를　억제하고, 촬상부 (28)가 촬상하는 화상을 명료하게 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 실시예에 따른 대물렌즈 (16)는 서로 배율이 다른 제1 대물렌즈 (16a) 및 제2 대물렌즈 (16b)를 구비한다.　한정하지는 않지만, 예를 들어, 제1 대물렌즈 (16a)의 배율은 20.8 [배]이며, 제2 대물렌즈 (16b)의 배율은 10.4 [배]이다.　대물렌즈 전환부 (18)는 예를 들어 기존의 리볼버로 실현되고 있으며, 제1 대물렌즈 (16a) 및 제2 대물렌즈 (16b) 간에 전환이 가능하다.
일반적으로 대물렌즈 (16)의 배율을 변경하면 축상 색수차 특성도 변경된다.　따라서 예를 들면 외관 검사 장치 (100)의 사용자인　오퍼레이터가　대물렌즈 (16)를 전환할 때 축상 색수차 특성이 변경되어 버린다.　그래서 투과광용 결상렌즈 (26a) 및 반사광용 결상렌즈 (26b)는 각각 대물렌즈 전환부 (18)에 의한 대물렌즈의 전환과 연동하여 초점 위치를 조정하는 초점 조절 기능을 갖추고 있다.
도 4는 실시예에 따른 결상렌즈 (26)의 내부 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.　도 4에 나타낸 바와 같이, 실시예에 따른 결상렌즈 (26)는 제1 렌즈 (40)와 제2 렌즈 (42)를 포함한다.　제1 렌즈 (40)는 대물렌즈 (16)가 변환한 평행광을 결상시키기 위한, 예를 들면 볼록 렌즈이다.　또한 제2 렌즈 (42)는 예를 들어 색수차 없음을 실현하기 위한 아크로매틱 렌즈이다.　도 4에 나타낸 바와 같이, 결상렌즈 (26)는 빛의 입사 측에서 제1 렌즈 (40), 제2 렌즈 (42)의 순서로 배치되어 있다.
도 4에서 결상렌즈 (26)의 빛의 입사 측에서 제2 렌즈 (42)까지의 거리 L1이 변경되면 결상렌즈 (26)의 초점 위치도 변경된다.　그래서 결상렌즈 (26)는 상기 결상렌즈 (26)를 통과하는 빛이 촬상부 (28)에서 결상하도록 대물렌즈 (16)의 배율에 따라 거리 L1을 변경한다.　결상렌즈 (26)가 조정해야 하는 거리 L1은 미리 실험에 의해 결정해둘 수 있다.　결상렌즈 (26)는 예를 들어 대물렌즈 전환부 (18)인 리볼버의 회전에 연동하여 제1 렌즈 (40)가 이동하도록 도시하지 않은 탄성 부재와 스토퍼를 이용하여 초점 조절 기능을 제공한다.
여기에서 투과광용 결상렌즈 (26a) 및 반사광용 결상렌즈 (26b)는 모두 유사한 제1 렌즈 (40)와 제2 렌즈 (42)를 포함한다.　일반적으로 결상렌즈 (26)는 통과하는 빛의 파장에 따라 배율이 다른 배율 색수차 현상이 알려져 있다.　구체적으로, e선은 g선에 비해 렌즈에 의해 굴절되지 않는 성질이 있다.　따라서 동일한 피사체를 촬상하는 경우에도, g선을 이용하여 촬상된 화상이, e선을 이용하여 촬상된 화상과 비교하여 작게 촬상된다.
그래서 실시예에 따른 반사광용 결상렌즈 (26b)와 투과광용 결상렌즈 (26a)는 각각 대물렌즈 전환부 (18)에 의한 전환과 연동하여 색 배율을 조정하는 색 배율 조절 기능을 갖추고 있다.　도 4에서 제1 렌즈 (40)와 제2 렌즈 (42)의 거리 L2가 변경되면 결상렌즈 (26)의 확대율도 변경된다.　그래서 결상렌즈 (26)는 투과광을 이용하여 촬상된 화상과 반사광을 이용하여 촬상된 화상이 동일한 배율이 되도록 제1 렌즈 (40)와 제2 렌즈 (42)의 거리 L2를 변경 한다.　결상렌즈 (26)가 조정해야 하는 거리 L2는 미리 실험에 의해 결정해둘 수 있다.　결상렌즈 (26)는 예를 들어 대물렌즈 전환부 (18)인 리볼버의 회전에 연동하여 제1 렌즈 (40)와 제2 렌즈 (42)가 이동하도록 도시하지 않은 탄성 부재와 스토퍼를 이용하여 색 배율 조정 기능을 실현할 수 있다.
여기서, 결상렌즈 (26)의 초점거리도 빛의 파장에 따라 다르다.　도 5는 실시예에 따른 대물렌즈 (16)와 결상렌즈 (26)를 결합한 계의 광학 특성을 개략적으로 나타낸 도면이며, 초점거리의 파장 의존성을 나타내는 그래프이다.　도 5에서 가로축은 대물렌즈 (16)와 결상렌즈 (26)를 결합한 계의 초점위치 시프트 s이며, 세로축은 대물렌즈 (16)와 결상렌즈 (26)를 결합한 계를 통과하는 빛의 파장　λ를 나타낸다.　도 5에서 g선의 파장 (약 436 [nm])은　λg로 표시되며 e선의 파장 (약 546 [nm])은　λe로 표시되어 있다.
도 5에서 초점위치 시프트 s가 0일 때 대물렌즈 (16)와 결상렌즈 (26)를 결합한 계의 초점이 촬상부 (28)가 구비한 촬상 소자의 위치가 되는 것을 보여준다.　초점위치 시프트 s가 0보다 크면 대물렌즈 (16)와 결상렌즈 (26)를 결합한 계의 초점은 촬상부 (28)가 구비한 촬상 소자를 넘어 앞에서 맺어지는 것을 보여준다.　반대로, 초점위치 시프트 s가 0 미만이 되면, 대물렌즈 (16)와 결상렌즈 (26)를 결합한 계의 초점은 촬상부 (28)가 구비한 촬상 소자의 바로 앞에 맺어지는 것을 보여준다.
도 5와 같이, g선의 초점 위치와 e선의 초점 위치는 다르다.　보다 구체적으로 e선의 초점 위치는 g선의 초점 위치를 넘어 앞에 있다.　그래서 실시예에 따른 반사광용 결상렌즈 (26b)와 투과광용 결상렌즈 (26a)는 각각을 통과하는 빛이 촬상부 (28)에 결상하도록 각각의 거리 L1이 조정되고 있다.
도 6은 실시예에 따른 대물렌즈 (16)의 종류와 각 렌즈의 초점거리 및 배율을 표 형식으로 나타내는 도면이다.　도 6에 나타낸 바와 같이, 10.4 [배]의 대물렌즈 (16)의 g선 초점거리를 a [mm], 결상렌즈 (26)의 g선의 초점거리를 A [mm] 하고 할 때, g선의 확대율은　A/a [배]가 된다.　여기서 20.8 [배]의 대물렌즈 (16)의 g선의 초점거리 b와 10.4 [배]의 대물렌즈 (16)의 g선의 초점거리 a [mm]는 다르다.　따라서 결상렌즈 (26)의 g선의 초점거리가 A [mm]라고 하면 g선의 확대율은　A/b [배]가 된다.　a와 b는 다른 값이므로　A/a와　A/b는 다른 값이 된다.
그래서 도 4에서의 거리 L2를 변경하여 결상렌즈 (26)의 g선의 초점거리를 A' =　A　×　b/a로 변경한다.　이에 따라　A/a와 A'/b는 동일한 배율이 된다.　e선에 대해서도 마찬가지이다.　따라서, 도 6에 나타낸 테이블의 구성 요소를 미리 실험에 의해 결정하고 외관 검사 장치 (100)를 설계함으로써, 대물렌즈 (16)의 배율 변경이나 화상 형성에 사용되는 빛의 파장의 차이에 기인하는 광학 특성을 흡수하고, 결함 검사를 하기 쉬운 화상을 제공할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 실시예에 따른 외관 검사 장치 (100)에 의하면, 포토 마스크 (14)의 검사 시간을 단축할 수 있다.　특히, 포토 마스크 (14)의 투과 화상과 반사 화상을 동시에 운영　프로그램　데이터에 제공할 수 있으므로, 포토 마스크 (14)의 결함 검사의 정확도를 향상시킬 수 있다.　또한, 포토 마스크 (14)의 투과 화상과 반사 화상을 동일한 촬상 소자로 촬상하여 외관 검사 장치 (100)의 이미징 헤드부의 소형화 및 경량화를 실현할 수 있다.
이상, 본 발명을 실시예를 기초로 설명했다.　실시예는 예시이며, 그들의 각 구성 요소나 각 처리 프로세스의 조합에 다양한 변형이 가능한 것, 또한 그러한 변형예도 본 발명의 범위에 있는 것은 당업자에게 이해되는 것이다.　이하 그러한 변형예에 대해 설명한다.
(제1 변형예)
도 7은 실시예의 제1 변형예에 따른 외관 검사 장치 (102)의 내부 구성을 개략적으로 나타낸 것이며, 특히 이미징 헤드부의 광학계를 나타내는 모식도이다.　제1 변형예에 따른　외관 검사 장치 (100)는 투과 조명 광원 (10), 반사 조명 광원 (12), 포토 마스크 (14), 제1 대물렌즈 (16a), 제2 대물렌즈 (16b), 대물렌즈 전환부 (18), 분광부 (20), 투과광용 결상렌즈 (26a), 반사광용 결상렌즈 (26b), 촬상부 (28), 반사 조명 시야 조리개 (30) 및 콜리메이터 렌즈 (32)를 갖춘다.　분광부 (20)는 제1 다이크로익 미러　(22a), 제2 다이크로익 미러　(22b) 및 반사부 (24)를 포함한다.　이하 제1 변형예에 따른 외관 검사 장치 (102)에서 실시예에 따른 외관 검사 장치 (00)과 중복되는 부분에 대해서는.　적당히 생략하거나 단순화하여 설명한다.
제1 변형예에 따른 외관 검사 장치 (102)는 실시예에 따른 외관 검사 장치 (100)와 달리 1/4　파장판 (36) 및 광학 부재 (38)를 제공한다.　대신 제1 변형예에 따른 제1 다이크로익 미러　(22a)는 g선을 100% 반사, e선을 50% 반사/50% 통과한다.　제2 다이크로익 미러　(22b) 및 반사부 (24)는 각각 실시예에 따른 제2 다이크로익 미러　(22b) 및 반사부 (24)와 동일하다.
따라서 반사 조명 광원 (12)에서 조사된 e선은 제1 다이크로익 미러　(22a)에서 50% 투과하여 대물렌즈 (16)를 통과하여 포토 마스크 (14)로 반사된다.　포토 마스크 (14)에서 반사된 e선은 다시 대물렌즈 (16)를 통과하여 제1 다이크로익 미러　(22a)에 도달한다.　제1 다이크로익 미러　(22a)에 도달한 e선은 제1 다이크로익 미러　(22a)에서 추가로 50%만 반사되어 제2 다이크로익 미러　(22b)로 향한다.
이와 같이, 제1 변형예에 따른 외관 검사 장치 (102)에 있어서 반사 조명 광원 (12)에서 조사된 e선 중 촬상부 (28)에 도달하는 e선은 25%가 된다.　이는 실시예에 따른 외관 검사 장치 (100)의 경우, 촬상부 (28)에 도달하는 e선이 50%인 것과 비교하면 효율은 감소하게 된다.　그러나 제1 변형예에 따른 외관 검사 장치는 1/4　파장판 (36) 및 광학 부재 (38)가 불필요하므로 제조 비용을 줄일 수 있다.　또한 촬상부 (28)는 e선인 것이 g선에 비해 수광 감도가 높기 때문에 촬상부 (28)에 도달하는 e선의 선량 감소를 보충할 수도 있다.
(제2 변형예)
위의 설명은 분광부 (20)에서 제1 다이크로익 미러　(22a), 제2 다이크로익 미러　(22b) 및 반사부 (24)가 분리되어 있는 경우에 의해서 설명했다.　이를 대신하여, 제1 다이크로익 미러　(22a), 제2 다이크로익 미러　(22b) 및 반사부 (24)를 일체로 하여 분광부 (20)를 형성하고 있다.
도 8은 제2 변형예에 따른 분광부 (21)의 단면을 모식적으로 나타낸 도면이다.　제2 변형예에 따른 분광부 (21)는 삼각 프리즘 (44a), 제1 론 보이드 프리즘 (44b), 제2 론 보이드 프리즘 (44c), 광학 부재 (38) 및 다이크로익 필터 (46)를 구비한다.　도 8에 나타낸 바와 같이, 제2 변형예에 따른 분광부 (21)는 삼각 프리즘 (44a)과 제1 론 보이드 프리즘 (44b)에서 광학 부재 (38)를 고정하고, 또한 제1 론 보이드 프리즘 (44b)과 제2 론 보이드 프리즘 (44c)에서 다이크로익 필터 (46)를 고정하고 있다.　이러한 구성 부재를 일체로 형성함으로써, 각 부재가 분리되어 있는 경우와 비교하여 분광부 (21)의 광축의 어긋남을 억제할 수 있게 된다.　또한 평행광이 통과하는 영역의 대부분은 굴절률이 높은 유리로 채워지기 때문에 상면만곡을 억제할 수 있다.
(제3 변형예)
위에서는 결상렌즈 (26)의 초점거리의 파장 의존성이 도 5에 나타낸 그래프의 경우에 대해 설명했다.　도 5에 나타낸 그래프는 투과광의 파장　λg의 초점위치 시프트 s의 변화율, 즉　(ds/dλ)λg 　가 거의 0이다.　마찬가지로 반사광의 파장　λe의 초점위치 시프트 s의 변화율, 즉　(ds/dλ)λe 　도 거의 0이다.　이 경우, 투과　조명 광원 (10)이 조사하는 빛의 파장이　λg를 중심으로 다소 편차 폭이 있다고 해도 그 초점거리 fg는 거의 변화하지 않는다는 것을 의미한다.　마찬가지로, 반사 조명 광원 (12)을 조사하는 빛의 파장이　λe를 중심으로 약간의 편차 폭이 있다고 해도 그 초점거리 fe는 거의 변하지 않는 것을 의미한다.
일반적으로 렌즈 군으로 구성된 계의 광학 특성은 계를 구성하는 각 렌즈의 굴절률이나 아베수에 의해 결정된다.　따라서 대물렌즈 (16)와 결상렌즈 (26)의 조합은 도 5와 같은 광학 특성을 실현하는 것이 어려운 경우도 있다.
그래서 제3 변형예에 따른 외관 검사 장치에 있어서, 대물렌즈 (16)와 결상렌즈 (26)의 계는 해당 시스템을 통과하는 빛의 파장　λ　를 제1 축, 초점위치 시프트 s를 제2 축으로 하는 그래프에서,
(ds/dλ)λg 　<　T 이고　(ds/dλ)λe 　<　T (1)
가 성립하도록 하는 광학 특성을 갖추고 있다.　여기서,　λg는 투과광의 파장,　λe는 반사광의 파장, d는 미분 연산자, T는 소정의 임계값이다.
도 8은 제3 변형예에 따른 결상렌즈 (26)의 광학 특성을 개략적으로 나타낸 도면이다.　도 9에 나타낸 바와 같이, 제3 변형예에 따른 결상렌즈 (26)도, 실시 형태에 따른 결상렌즈 (26)와 마찬가지로, 투과광의 파장　λg의 초점거리의 변화율, 즉 (ds/dλ)λg이 거의 0이다.
한편, 제3 변형예에 따른 결상렌즈 (26)는 도 9에 나타낸 바와 같이, 실시예에 따른 외관 검사 장치 (100)와 달리, 반사광의 파장　λe의 초점위치 시프트 s의 변화율의 절대값이 0보다 큰 값을 갖는다.　따라서 반사 조명 광원 (12)이 조사하는 빛의 파장이　λe를 중심으로 다소의 편차폭이 있는 경우, 파장에 따라 초점 fe의 위치에 다소 오차가 생기게 된다.　그러나 식 (1)과 같이　(ds/dλ)λe 　가 소정의 임계값 T 미만이면 초점 fe의 오차는 무시할 수 있는 범위가 된다.
따라서　'소정의 임계값 T'는 광원의 파장 대역에 폭이 있는 것에 기인하는 결상렌즈 (26)의 초점거리 f의 오차가 허용범위에 있는지 여부를 결정하기 위한 기준 임계값이다.　임계값 T 값은 투과 조명 광원 (10) 또는 반사 조명 광원 (12)의 대역폭과 외관 검사 장치 (100)의 검사 대상의 크기 등을 고려하여 실험에 의해 결정하면 된다.　본원 발명자의 실험에 따르면, 제3 변형예에 따른 외관 검사 장치에서 임계값 T 값은 5000　~　8000 정도, 보다 바람직하게는 6000　~　7000 정도, 더욱 바람직하게는 6670 정도로 하면 좋다고 파악되었다.
이와 같이, 제3 변형예에 따른 결상렌즈 (26)는 실시예에 따른 결상렌즈 (26)와 비교하여 광학 설계가 용이하다는 점에서 효과가 있다.
(제4 변형예)
위에서는 색 배율 조정 기능을 결상렌즈 (26)의 렌즈 구성으로 실현하는 경우에 대해 설명했다.　이를 대신하여 색 배율 조정은 화상 처리에 의해 실현될 수 있다.　이것은 예를 들면 도시하지 않은 화상 프로세서를 설치하고, 대물렌즈 (16)의 배율과 빛의 파장을 나타내는 정보를 바탕으로 촬상부 (28)가 촬영한 화상을 확대/축소할 수 있다. 화상의 확대/축소는 이미 알려진 바이 리니어, 바이 큐빅, 스플라인 보간 알고리즘 또는 선형 보간 알고리즘을 사용할 수 있다.　이에 따라 결상렌즈 (26)의 렌즈 구성을 간소화하고, 광학계 전체의 견고성을 향상시킬 수 있다.
10 투과 조명 광원, 12 반사 조명 광원, 14 포토 마스크, 16 대물렌즈, 16a 제1 대물렌즈, 16b 제2 대물렌즈, 18 대물렌즈 전환부, 20, 21 분광부, 22a 제1 다이크로익 미러, 22b 제2 다이크로익 미러, 24 반사부, 26 결상렌즈, 26a 투과광용 결상렌즈, 26b 반사광용 결상렌즈, 28 촬상부, 32 콜리메이터 렌즈, 34 차광 부재, 36 1/4 파장판, 38 광학 부재, 40 제1 렌즈, 42 제2 렌즈, 44a 삼각 프리즘, 44b 제1 론 보이드 프리즘, 44c 제2 론 보이드 프리즘, 46 다이크로익 필터, 100, 102 외관 검사 장치, 200 유리 기판, 202 크롬 패턴, 204 하프톤 마스크.

Claims (6)

  1. 포토 마스크를 투과시키는 광을 조사하는 투과 조명 광원과,
    상기 포토 마스크에 반사시키는 빛을 상기 투과 조명 광원의 조사 중에 조사하는 반사 조명 광원과,
    상기 포토 마스크를 투과한 투과광과 상기 포토 마스크에서 반사된 반사광을 평행광으로 변환하는 대물렌즈와,
    상기 대물렌즈가 변환한 평행광을 투과광과 반사광으로 분리하는 분광부와,
    상기 분광부가 분리한 투과광을 결상하는 투과광용 결상렌즈와,
    상기 분광부가 분리한 반사광을 결상하는 반사광용 결상렌즈와,
    상기 투과광용 결상렌즈가 결상한 투과광과 상기 반사광용 결상렌즈가 결상한 반사광을 촬상하는 촬상부를 구비하는 외관 검사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 촬상부는 상기 투과광용 결상렌즈가 결상한 투과광과 상기 반사광용 결상렌즈가 결상한 반사광을 각각 동일한 촬상 소자의 다른 영역에서 촬상하는 외관 검사 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 투과광용 결상렌즈가 결상한 투과광과 상기 반사광용 결상렌즈가 결상한 반사광의 크로스토크를　억제하는 차광 부재를 구비하는 외관 검사 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 대물렌즈는 배율이 다른 복수의 렌즈를 갖고,
    상기 외관 검사 장치는 상기 복수의 렌즈를 전환하는 대물렌즈 전환부를 더 구비하고,
    상기 투과광용 결상렌즈와 상기 반사광용 결상렌즈는 각각 상기 대물렌즈 전환부에 의한 렌즈의 전환과 연동하여 초점 위치를 조정하는 초점 조절 기능을 갖춘 외관 검사 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 반사광용 결상렌즈와 상기 투과광용 결상렌즈는 각각 상기 렌즈 전환부에 의한 전환과 연동하여 색 배율을 조정하는 색 배율 조정 기능을 갖춘 외관 검사 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 대물렌즈와 상기 반사광용 결상렌즈로 구성된 광학계의 광학 특성과, 상기 대물렌즈와 상기 투과광용 결상렌즈로 구성된　광학계의　광학　특성은,　통과하는 빛의 파장　λ를　제1 축, 초점위치 시프트 s를 제2 축으로 하는 그래프에서, 상기 투과광의 파장을　λg, 상기 반사광의 파장을　λe, d를 미분 연산자, T를 소정의 임계값으로 하여,
    (ds/dλ)λg　< T 이고　(ds/dλ)λe　< T
    가 성립하는 외관 검사 장치.
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